Viele Menschen können sich dies nicht vorstellen:
Ein Chemiker, der nur am Computer arbeitet und keine organischen oder anorganischen Substanzen herstellt, diese lediglich berechnet oder neue Methoden zur Berechnung entwickelt. Dennoch ist dies heute ein immer wichtiger werdender Bestandteil des alten Faches Chemie, denn nur so können oftmals Reaktionen erklärt und neue chemische Modelle entwickelt werden. Dies wird noch einmal beschleunigt durch immer schneller werdende Computer, und heute können sogar Reaktionen in Flüssigkeiten oder Spektren von Substanzen, die superschwere Elemente enthalten, vorhergesagt werden.
Die Anwendung ist (fast) beliebig, und die theoretische Chemie reicht heute von der Molekularphysik, daher der Berechnung von verschiedenen Spektren oder Anregungszuständen von Molekülen oder auch nur Atomen, bis zur Festkörperphysik, der Vorraussage von Halbleitern, Metallen, oder Supraleitern, der Strukturchemie, der Vorraussage von Bindungslängen und der Geometrie von Molekülen, sei es in Festkörpern, Flüssigkeiten oder der Gasphase, zur klassischen Chemie, also der Vorhersage von Reaktionen und deren Mechanismen, bis zu der Molekularbiologie, deshalb der Berechnung von Docking-Mechanismen von Proteinen oder Enzymen.
Hinzu kommt die Validation und Falsifikation von experimentellen Ergebnissen, was zum Beispiel einem organischen Chemiker die Arbeit erleichtern kann, der Aufgrund eines komplizierten Spektrums
nicht weiß, welche Substanz er soeben hergestellt hat- dies kann er einfach am Computer nachrechnen.
Die Substanzen, die dadurch hergestellt und vorrausgesagt werden sind so viele, daß es schon eigentlich nicht mehr an Einzelbeispielen festzumachen ist. Inzwischen ist die Computer-Chemie zu einem Standard-Analysegerät geworden, einem 'Must-Have Tool', wie es unter anderem die auch die verschiedenen Spektrometer sind. Außerdem sind die finanziellen Anforderungen nicht besonders hoch: Während gute Spektrometer mehrere 100.000 Euro kosten, reichen ein paar High-End PC's zur Berechnung großer Moleküle schon aus.
An drei Beispielen wird erläutert, was diese "Grundlagenforschung" eigentlich bringt:
In der Festkörperphysik ist weiterhin ein wichtiges Gebiet die Suche nach Hochtemperatur- Supraleitern. Nun verschlingt die Herstellung der Substanzen, die Supraleiter sein könnten, unendliche Summen von Geld. Die theoretischen Methoden können berechnen, welche dieser Substanzen nun eher ein Supraleiter sein mag- und bei welcher es sehr unwahrscheinlich ist.
In der metallorganischen Chemie wird immer noch nach neuen Reaktionen gesucht, speziell diejenigen, die Katalysatoren beinhalten, um neue Moleküle oder Medikamente für die pharmazeutische oder chemische Industrie mit höheren Ausbeuten herstellen zu können. Diese Katalysatoren schaffen es, eine Reaktion stattfinden zu lassen, die normalerweise nicht stattfinden würde (wie z.B. im Auto die Verbrennung von CO zu CO2). Nun sind die Reaktionen oftmals nicht bekannt, und der Chemiker weiß nicht, was sich dort tatsächlich abgespielt hat. Dies kann am Computer berechnet werden, und der Chemiker wird sein neues Wissen für neue Synthesen anwenden können.
In der Biochemie werden heute viele Medikamente nach sogenannten Dockung-Mechanismen vorausgesagt. Das bedeutet, das ein bestimmtes Medikament (Molekül) einen wichtigen aktiven Bereich (vielleicht ein Enzym) zum Beispiel in einem Virus blockiert, so daß sich dieser nicht weiter ausbreiten kann.
Vor ein paar Jahren wurde die Bestimmung des Medikaments vor allem Aufgrund sterischen Effekten durchgeführt, nach dem Schlüssel-Loch Prinzip: Kann dieses Molekül Aufgrund seiner Grösse den aktiven Bereich blockieren? Wenn ja, wird es getestet. Die Tests an geeigneten Medikamenten kosten jedoch normalerweise mehrere Millionen Euro. Darum ist es klar, daß gerade große pharmazeutische Firmen an den neueren theoretischen Methoden immer mehr Interesse findet und diese Vorraussagen verwendet, um eine bessere Vorraussage zu treffen, ob dieses Molekül die aktive Stelle nun blockiert oder nicht.
Weiterhin bedeutet dies, das die Wissenschaft von der einfachen Molekül-Chemie, so wie sie in der Schule unterrichtet wird, abrückt. Diese Erklärungsmuster werden nicht mehr herangezogen, da wir sie nicht mehr brauchen. Die einfachen Bindungen, welche wir in der Schule lernen mussten, mussten vor 30 Jahren Orbitalen weichen. Diese wiederum weichen komplexeren "Orbitalen" (den sogenannten Basissätzen)- oder aber der Dichte der Elektronen.
Alte Erklärungsmuster werden nach und nach überholt, ein Molekül wird oft nicht mehr Aufgrund von Überlegungen über dessen Bindungsverhältnisse hergestellt, sondern einfach durch die Eigenschaften, die am Computer berechnet wurden- ohne das der Chemiker tatsächlich weiss, warum es nun diese Eigenschaften haben soll.
Insofern wird ein Traum wahr, der vor 70 Jahren nur von wenigen Wissenschaftlern formuliert wurde,
so wie vom Nobelpreisträger Dirac:
"Die zugrunde liegenden physikalischen Gesetze für die mathematische Theorie eines Großteils der Physik und der gesamten Chemie sind demzufolge bekannt. Das einzige Problem liegt darin, daß die exakte Anwendung dieser Regeln zu Gleichungen führt, die viel zu schwierig zu lösen sind."
P.A.M. Dirac, Proc. Roy. Soc. 123, 714 (1929)
Dies hat unter anderem auch philosophische Konsequenzen, da vor 50 Jahren die Verbindung zwischen der Physik und der Makromoleularen Welt nur von den oben genannten Visionären gesehen wurde. Daher ist es möglich, eine direkte Linie von der Physik bis hin zur Biochemie zu ziehen, ohne behaupten zu müssen, sich experimentellen Werten angleichen zu müssen. Die Methoden nehmen die genaueren Methoden als Referenz, und so weiter.
Jedes einzelne dieser Elemente ist ein Baustein der das, was wir heute als "Leben" verstehen, besser zu erklären vermag und diesem einen Teil des mystisch-mythischenm nimmt.
Noch vor 50 Jahren wurde behauptet: "Die unendliche Komplexität der Dinge macht einen steuernden Schöpfer notwendig." Dies zeige sich vor allem an der Nahtstelle zwischen Physik und Biologie. Der Fortschritt jedoch, den die Wissenschaft in der Beschreibung und Erklärung solcher Zusammenhänge macht, schränkt die Notwendigkeit eines Gottes, der die lebenden Organismen beeinflusst immer weiter ein.
Genauso wie der Begriff der Seele: Entweder diese existiert in jedem einzelnen Atom, jedem einzelnen Quark, oder sie ist aber nichts weiter als von uns empfunden. Hier wird ein weiteres Problem der Philosophie sichtbar: Während es vor 200 Jahren nur das Studienfach Philosophie gab (in den Angelsächsischen Ländern wird heute noch der "Doctor of Philosophy" vergeben), haben sich die Naturwissenschaften heute von eben dieser abgekoppelt und diese hinkt den neuesten Erkenntnissen in der Physik und Chemie hinterher, hat also insofern nur noch bedingt mit der Realität zu tun. Dies ist ein Phänomen, welches schon seit längerer Zeit von Philosophen angeprangert wird, wobei sich diese Schere immer weiter öffnet.
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